KR20030024241A - Transmission circuit for bluetooth - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 블루투스 송신회로에 관한 것으로, 특히 송신에 필요한 전력의 증폭시 발생하는 고조파를 억제할 수 있는 블루투스 송신회로를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a Bluetooth transmission circuit, and more particularly, to provide a Bluetooth transmission circuit capable of suppressing harmonics generated during amplification of power required for transmission.
현재, 무선 랜(wireless LAN)을 대체할 수 있는 방법으로 현재 블루투스(bluetooth)를 이용하는 방법이 개발되고 있으나, 아직 표준화 등의 문제가 남아있어 상용화되지 않고 있다. 또한, 데이터 전송 및 음성의 인식에서 아직은 오류가 발생할 가능성이 높으며, 잡음이 심한 문제점이 있다.Currently, a method of using Bluetooth as a method to replace a wireless LAN has been developed, but there is still a problem such as standardization, which has not been commercialized. In addition, there is still a high possibility of error in data transmission and voice recognition, and there is a serious noise problem.
일반적으로 블루투스 송신회로에는 전력 증폭기를 사용하여, 전력을 향상시키고 있으며 이러한 경우에는 기본 신호 이외에 2, 3, 4.. 차의 고조파가 발생하게 된다. 이와 같은 고조파 성분은 잡음의 원인이 되며, 이를 제거하기 위해 밴드패스 필터를 사용하여 고조파 성분을 제거할 수 있다. 그러나, 3차 고조파는 기본파와의 주파수 간격이 협소하여 필터링을 할 수 없으며, 이로 인해 3차 고조파의 간섭에 의해 통화 품질이 저하되고, 전력의 소모가 많아지게 된다.In general, a power amplifier is used in a Bluetooth transmission circuit to improve power, and in this case, harmonics of 2, 3, and 4. are generated in addition to the basic signal. Such harmonic components cause noise, and in order to remove the harmonic components, the harmonic components may be removed by using a bandpass filter. However, the third harmonic cannot be filtered because the frequency spacing with the fundamental wave is narrow, and thus the call quality is degraded due to the interference of the third harmonic and power consumption is increased.
이와 같은 문제점을 감안하여 종래 블루투스 송신회로는 선형화된 증폭비를 선택하는 방안을 채택하고 있으며, 그 구체적인 방법으로는 백오프(back off) 방식또는 피드백(feedback) 방식을 사용하고 있으며, 이와 같은 종래 블루투스 송신회로를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.In view of such a problem, the conventional Bluetooth transmission circuit adopts a method of selecting a linearized amplification ratio. As a specific method, a back off method or a feedback method is used. The Bluetooth transmission circuit will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 종래 블루투스 송신회로의 전력 증폭기의 특성 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력 전력(Pin)이 낮은 영역에서는 전력 증폭기의 출력전력(Pout)이 선형화 되어 있으나, 입력 전력(Pin)이 높은 영역에서는 전력 증폭기의 출력전력(Pout)이 비선형적으로 출력된다.1 is a characteristic graph of a power amplifier of a conventional Bluetooth transmission circuit. As shown in FIG. 1, although the output power Pout of the power amplifier is linearized in the region where the input power Pin is low, the input power Pin is high. In the region, the output power Pout of the power amplifier is output nonlinearly.
이와 같은 출력전력을 선형화하기 위해서 사용하는 백오프방식은 비선형 구간에 위치하는 최대 입력전력을 선형의 구간에 위치하도록 낮추어 통화 품질을 높이는 방안이며, 이를 위해서 사용하고자 하는 전력보다 큰 증폭기를 사용하여 입력전력을 낮추게 된다. 그러나 이와 같은 백오프방식을 사용하기 위해서는 P1dB(1dB Power Compression Point)를 원하는 출력전력보다 10dB정도 높은 트랜지스터를 사용해야 함으로써, 그 구성은 용이하나 고품질, 고가격의 트랜지스터를 사용하게 됨으로써 비용이 증가하는 문제점이 발생한다.The backoff method used to linearize the output power is a method of increasing the call quality by lowering the maximum input power located in the nonlinear section to be located in the linear section, and using an amplifier larger than the power to be used. It will lower the power. However, in order to use such a back-off method, a transistor having a P1dB (1dB Power Compression Point) of about 10dB higher than the desired output power must be used. However, the configuration is easy, but the cost increases due to the use of high-quality and high-cost transistors. Occurs.
또한, 상기 도1에서 보여지는 입력전력(Pin)에 대해 출력전력(Pout)이 포화되는 영역, 다시 말해서 선형구간과 비선형 구간의 접점의 아랫쪽에서만 동작하게 되므로 증폭기의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, the efficiency of the amplifier is lowered because it operates only in the region where the output power Pout saturates with respect to the input power Pin shown in FIG. 1, that is, under the contact point of the linear section and the nonlinear section.
도2는 인벨로프 피드백(envelope feedback) 방식의 송신회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 입력전력(Pin)을 인가받아 분할하는 전력분할부(1)와; 상기 전력분할부에서 분할된 전력을 다이오드(D1)를 통해 일측입력단에 인가받음과 아울러 출력전력(Pout)을 다이오드(D2)를 통해 피드백 받아 두 전력을 비교출력하는 비교부(2)와; 상기 비교부(2)의 출력에 따라 이득을 조절하여 상기 전력분할부(1)에서 분할된 입력전력(Pin)을 증폭하여 출력하는 증폭부(3)로 구성된다.FIG. 2 is a transmission circuit diagram of an envelope feedback type, which includes a power splitting unit 1 for receiving and dividing an input power Pin; A comparator (2) for receiving the power divided by the power splitter to one input terminal through the diode (D1) and receiving the output power (Pout) through the diode (D2) to compare and output the two powers; It is composed of an amplifier 3 for controlling the gain according to the output of the comparison unit 2 to amplify and output the input power (Pin) divided by the power divider (1).
이하, 상기와 같이 구성된 피드백 방식을 이용한 종래 블루투스 송신회로를 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, a conventional Bluetooth transmission circuit using the feedback scheme configured as described above will be described in more detail.
먼저, 입력전력(Pin)이 인가되면 이는 전력분할부(1)에서 2개의 경로로 분할된다. 이때 분할되는 전력의 각각은 입력전력(Pin)과 동일한 값이되도록 한다.First, when the input power Pin is applied, it is divided into two paths in the power splitter 1. In this case, each of the divided powers is equal to the input power Pin.
그 다음, 상기 전력분할부(1)에서 분할된 입력전력(Pin)은 일정한 이득값으로 증폭하는 증폭부(3)에 의해 증폭되어 출력전력(Pout)으로 출력된다.Then, the input power Pin divided by the power splitter 1 is amplified by the amplifying unit 3 which amplifies with a constant gain value and is output as the output power Pout.
이때의 출력전력(Pout)은 다시 디텍터(DETECTOR)역할을 하는 다이오드(D2)에 의해 피드백 되어 비교부(2)의 일측입력단에 입력된다.At this time, the output power Pout is fed back by the diode D2 serving as a detector to be input to one input terminal of the comparator 2.
또한, 상기 비교부(2)의 타측입력단에는 다이오드(D1)를 통해 상기 전력분할부(1)에서 분할된 입력전력(Pin)을 인가받아 상기 피드백된 출력전력(Pout)과 비교한다.In addition, the other input terminal of the comparator 2 receives the input power Pin divided by the power splitter 1 through the diode D1 and compares it with the feedback output power Pout.
그 다음, 상기 비교부(2)의 출력신호를 인가받은 증폭부(3)는 그 비교부(2)의 출력신호에 따라 이득을 조절하여 일정한 출력전력(Pout)을 출력하도록 한다. 입력전력(Pin)과 출력전력(Pout)의 비교결과에 변동이 있는 경우에는 그 변동분 만큼의 비교부(2)의 출력신호의 변화에 의해 상기 증폭부(3)에 구비된 트랜지스터의 게이트전압 또는 드레인 전압을 변화시켜 이득을 조절하게 된다.Next, the amplifying unit 3 receiving the output signal of the comparing unit 2 adjusts the gain according to the output signal of the comparing unit 2 to output a constant output power Pout. In the case where there is a variation in the comparison result between the input power Pin and the output power Pout, the gate voltage of the transistor provided in the amplification unit 3 is changed by a change in the output signal of the comparator 2 corresponding to the variation. The gain is adjusted by varying the drain voltage.
이와 같이 이득을 일정하게 조절하면, 선형화된 출력전력(Pin)을 얻을 수 있게 되며, 그에 따라 고조파 성분을 제거하기가 용이해진다.By adjusting the gain in this way, it is possible to obtain a linearized output power (Pin), thereby making it easy to remove harmonic components.
그러나, 상기의 증폭부(3)는 오퍼레이션(OPERATION) 증폭기로서 주파수 대역이 수 kHz로 제한되어 그 전송거리가 짧고, 큰 이득을 얻을 수 없는 문제점이 발생한다.However, the amplification unit 3 is an operation amplifier, the frequency band is limited to a few kHz, the transmission distance is short, there is a problem that can not obtain a large gain.
또한, 도면에는 나타내지 않지만 하모닉 피드백(HARMONIC FEEDBACK)방식을 사용할 수 있으며, 이때의 하모닉 피드백 방식은 출력에서 2차 고조파를 대역통과필터를 사용하여 찾아내고, 위상과 크기를 조절하여 입력측으로 피드백 시키며, 이때의 피드백된 고조파를 이용하여 3차의 고조파를 상쇄시키는 방식을 사용하고있다. 그러나 상호변조신호의 5, 7차와 그 이상의 차수에 대한 상호변조신호를 제거하기 위해서는 독립적인 별도의 피드백 회로가 더 필요가여 회로의 구성이 복잡해지고, 집적화가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.Also, although not shown in the drawing, a harmonic feedback method can be used, and the harmonic feedback method at this time finds the second harmonic at the output using a band pass filter, and adjusts phase and magnitude to feed back to the input side. At this time, the feedback harmonic is used to cancel the third harmonic. However, in order to remove the intermodulation signal for the 5th, 7th and higher orders of the intermodulation signal, an independent separate feedback circuit is required, resulting in a complicated circuit configuration and difficulty in integration.
상기한 바와 같이 종래 블루투스 송신회로는 선형의 영역에서 입력전력의 최대값이 위치하도록 하는 백오프방식과 출력전력을 피드백하여 이를 처리함으로써, 선형영역의 동작이 가능하도록 하는 피드백방식을 사용함으로써, 그 제조비용이 증가하거나, 주파수 대역이 수kHz로 제한되어 전송거리가 짧아지며, 피드백의 사용으로 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.As described above, the conventional Bluetooth transmission circuit uses a feedback method that enables the operation of the linear region by feeding back the off-off method for placing the maximum value of the input power in the linear region and the output power and processing the feedback. The manufacturing cost increases, or the frequency band is limited to a few kHz, the transmission distance is shortened, there is a problem that the power consumption is increased by the use of feedback.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 저가의 회로를 사용하여 고조파를 제거할 수 있는 블루투스 송신회로를 제공함에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a Bluetooth transmission circuit capable of removing harmonics using a low cost circuit.
도1은 종래 블루투스 송신회로의 전력 증폭기의 특성 그래프도.1 is a characteristic graph of a power amplifier of a conventional Bluetooth transmission circuit.
도2는 종래 블루투스 송신회로의 일실시예인 인벨로프 피드백(envelope feedback) 방식의 송신회로도.2 is a transmission circuit diagram of an envelope feedback method, which is an embodiment of a conventional Bluetooth transmission circuit.
도3은 본 발명 블루투스 송신회로도.Figure 3 is a Bluetooth transmission circuit diagram of the present invention.
도4는 본 발명을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 이득과 최대출력전압을 비교한 비교표.4 is a comparison table comparing the gain and the maximum output voltage with and without the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10:전치왜곡부20:전력증폭부10: predistortion section 20: power amplifier section
상기와 같은 목적은라디오주파수 입력신호를 입력받아 직류전압에 따른 이득을 변화시키고, 그 라디오주파수 입력신호의 위상을 변화시켜, 전력증폭기의 이득 및 위상변화 특성에 반대되 특성을 나타내는 입력전력을 출력하는 전치왜곡부와;상기 전치왜곡부의 출력인 입력전력을 인가받아 증폭하여 선형성의 출력전력을 발생시키는 전력증폭부로 구성함으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The purpose of the above is to receive a radio frequency input signal, change the gain according to the DC voltage, and change the phase of the radio frequency input signal, and outputs input power exhibiting characteristics opposite to the gain and phase change characteristics of the power amplifier. It is achieved by a pre-distortion unit; and a power amplifier for generating a linear output power by amplifying the input power that is the output of the pre-distortion unit, as described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention Same as
도3은 본 발명 블루투스 송신회로의 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이 라디오주파수 입력신호(RFin)을 입력받아 직류전압에 따른 이득과 위상을 변화시켜, 전력증폭기의 이득 및 위상변화에 반대되는 신호를 출력하는 전치왜곡부(10)와; 상기 전치왜곡부(10)의 출력신호를 인가받아 증폭하여 선형성의 출력전력을 발생시키는 전력증폭부(20)로 구성되며, 상기 전치왜곡부(10)는 일측단에 라디오주파수 입력신호(RFin)를 인가받는 커패시터(C1)와; 상호 직렬접속되어 직류전압(+V)과 상기 커패시터(C1)의 타측단의 사이에 접속되는 인덕터(L1) 및 저항(R1)과; 상기 저항(R1)과 커패시터(C1)의 접속점에 각각의 일측단이 접속되되며, 각각의 타측단이 상호접속되는 커패시터(C2) 및 쇼트키 다이오드(D1)와; 상기 커패시터(C2)와 쇼트키 다이오드(D1)의 접속점과 접지사이에 연결된 인덕터(L2)와; 상기 인덕터(L2), 커패시터(C2), 쇼트키 다이오드(D1)의 접속점에 일측이 접속되는 커패시터(C3)로 구성된다.FIG. 3 is a circuit diagram of a Bluetooth transmission circuit of the present invention. As shown in FIG. 3, a radio frequency input signal (RFin) is input to change a gain and a phase according to a DC voltage, and a signal opposite to the gain and phase change of a power amplifier is shown. A predistortion unit 10 for outputting; The power amplifier 20 generates a linear output power by receiving and amplifying the output signal of the predistortion unit 10. The predistortion unit 10 has a radio frequency input signal RFin at one end thereof. A capacitor (C1) receiving the; An inductor L1 and a resistor R1 connected in series with each other and connected between a DC voltage (+ V) and the other end of the capacitor C1; A capacitor (C2) and a Schottky diode (D1) having one end connected to the connection point of the resistor (R1) and the capacitor (C1), and the other end connected to each other; An inductor L2 connected between the connection point of the capacitor C2 and the Schottky diode D1 and ground; A capacitor C3 having one side connected to the connection point of the inductor L2, the capacitor C2, and the Schottky diode D1.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention configured as described above will be described in more detail.
먼저, 상기 전력증폭부(20)의 특성을 살펴보면 상기 도1에 도시한 바와 같이 입력전력이 증가함에 따라 출력전력은 일정한 비율로 증가된다. 즉, 포화영역 내에서는 항상 일정한 이득을 나타낸다.First, referring to the characteristics of the power amplifier 20, as shown in FIG. 1, as the input power increases, the output power increases at a constant rate. In other words, a constant gain is always shown in the saturation region.
이와 같은 상태에서 입력전력이 더 증가하면 포화영역을 벋어나면 이득이상대적으로 줄어들고 위상이 증가하여, 상기 포화영역과는 다른 기울기의 입력대 출력그래프를 나타낸다.In this state, as the input power increases further, the gain is significantly reduced and the phase increases when the saturation region is removed, indicating an input-to-output graph having a different slope than the saturation region.
상기와 같은 전력증폭부(20)의 출력특성과는 반대로 전치왜곡부(10)는 입력되는 라디오주파수 입력신호(RFin)가 증가하면 이득이 감소하고, 위상이 감소하게 된다.Contrary to the output characteristics of the power amplifier 20 as described above, the predistortion unit 10 decreases the gain and decreases the phase when the input radio frequency input signal RFin increases.
즉, 라디오주파수 입력신호(RFin)가 커패시터(C1)을 통해 입력되고, 직류전원전압(V+)가 인덕터(L1)을 통해 잡음이 제거되고, 저항(R1)을 통해 상기 커패시터(C1)의 타측단에서 상기 라디오주파수 입력신호(RFin)과 더해져, 그 라디오주파수 입력신호(RFin)는 증폭된다.That is, the radio frequency input signal RFin is input through the capacitor C1, the DC power voltage V + is noise removed through the inductor L1, and the other of the capacitor C1 through the resistor R1. At the side end, the radio frequency input signal RFin is added to the radio frequency input signal RFin.
그 다음, 상호 병렬접속된 커패시터(C2)와 쇼트키 다이오드(D1)에 의해 상기 증폭된 라디오주파수 입력신호(RFin)는 동일한 진폭의 역위상의 신호로 변환되며, 그 변환된 라디오주파수 입력신호(RFin)는 커패시터(C3)를 통해 전력증폭부(20)의 입력전력으로 입력된다.Then, the amplified radio frequency input signal RFin by the parallel-connected capacitor C2 and the Schottky diode D1 is converted into a signal having an opposite phase of the same amplitude, and the converted radio frequency input signal ( RFin is input to the input power of the power amplifier 20 through the capacitor C3.
이때, 사용되는 전력증폭부(20)의 특성과 상기 전치왜곡부(10)의 특성이 가깝게 정합되어야 하며, 이를 위해 상기 저항(R1)과 커패시터(C2)의 값을 적당히 조절하여야 한다.At this time, the characteristics of the power amplifier 20 used and the characteristics of the predistortion unit 10 should be closely matched, and for this purpose, the values of the resistors R1 and C2 should be appropriately adjusted.
이와 같이 전력증폭부(20)의 이득과 위상 변화에 반대가 되는 전치왜곡부(10)를 전력증폭부(20)의 앞단에 삽입하면 AM-AM, AM-PM왜곡을 보상해 줄수 있게 되어 상기 전력증폭부(20)의 출력은 선형화된다.As such, when the predistortion unit 10 opposite to the gain and phase change of the power amplifier 20 is inserted at the front end of the power amplifier 20, AM-AM and AM-PM distortion can be compensated. The output of the power amplifier 20 is linearized.
이때 AM-AM왜곡은 이득이 감소하는 것을 말하며, AM-PM왜곡은 위상이 변화되는 것을 지칭한다.In this case, AM-AM distortion refers to a decrease in gain, and AM-PM distortion refers to a change in phase.
상기의 회로를 2.4GHz대의 블루투스 송신회로에 적용하면 그 송신회로의 전력증폭기의 출력은 선형화되어 각 차수의 고조파를 용이하게 제거할 수 있게 되어 통화품질을 향상시킬 수 있게 된다.When the above circuit is applied to the Bluetooth transmission circuit of the 2.4GHz band, the output of the power amplifier of the transmission circuit can be linearized to easily remove harmonics of each order, thereby improving the call quality.
도4는 본 발명을 적용하여 블루투스 송신단의 출력을 선형화 한 경우와 선형화 하지 않은 경우의 효율과 최대 이용가능 출력전력을 비교하고, 그 개선도를 명시한 표로서, 이에 도시한 바와 같이 본 발명을 적용하기 이전의 비선형 출력의 경우 효율과 최대 이용 가능한 출력전력은 각각 32%와 6.5W 이나, 본 발명과 같이 전치왜곡부(10)를 사용하여 출력을 선형화 한경우 효율과 최대 이용 가능 출력전력은 각각 42%와 13W로 각각의 개선도는 32%와 100%만큼 증가됨을 알 수 있다.4 is a table comparing the efficiency and the maximum available output power when the output of the Bluetooth transmitter is linearized and non-linearized by applying the present invention, and the degree of improvement thereof is shown. In the case of the non-linear output before the efficiency and the maximum available output power is 32% and 6.5W, respectively, when the output is linearized using the predistortion unit 10 as in the present invention, the efficiency and the maximum available output power are 42 With% and 13W, we can see that the improvement is increased by 32% and 100%, respectively.
상기한 바와 같이 본 발명 블루투스 송신회로는 전치왜곡부를 사용하여 후단의 전력증폭기의 출력을 보상함으로써, 전력증폭부의 출력을 선형화하여 용이하게 상호변조신호인 고조파 성분을 제거할 수 있게 되어, 통화의 품질을 향상시키는 효과와 그 효율을 높여 소비전력을 절감하며, 최대출력을 높여 전송거리를 증가시키고, 저가의 회로 구성으로 제조비용을 절감하는 효과가 있다.As described above, the Bluetooth transmission circuit of the present invention compensates the output of the power amplifier of the rear stage by using the predistortion unit, thereby linearizing the output of the power amplifier to easily remove harmonic components that are intermodulation signals, and thus the quality of the call. The efficiency and the efficiency are increased to reduce the power consumption, the maximum output increases the transmission distance, and the low cost circuit configuration has the effect of reducing the manufacturing cost.
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